水力发电

只靠水，就能给整座城市供电吗？

有一种可再生能源，比其他所有可再生能源都更强大，发电量远超风能和太阳能^[1,2,3]。它叫水力发电，利用水的流动来产生巨大的能量。

随着能源转型全面展开，水电潜力巨大^[3,4,5]。风能和太阳能快速发展，要在2050年前实现净零排放，水电发展也得同样加速^[5-9]。

那么，这项技术最近有哪些进展，又该怎样释放它真正的力量？

自文明诞生以来，人类就明白水就是力量。回到2,000年前的古希腊，你会发现，在美丽的群山和阳光明媚的草原之间，希腊人已经在用水轮把小麦磨成面粉^[10,11,12]。

后来，罗马人把这个过程工业化了，在法国南部的Barbegal建起了一座惊人的生产工厂^[13-18]。考古学家认为，那里用16座水力磨坊每天最多能磨出25公吨^[16,17]面粉，足够养活附近阿尔勒市的所有居民^[11,16,18]。

几个世纪以来，人类不断找到利用水力的新方法。如今，水电供应了全球约14%的发电量^[1,2]，仅次于煤炭和化石燃气。

但它是怎么运作的？水电站主要有三种类型^[19]：

类型1：水库。

最常见的一种是在河上修建大型水坝，形成一个比河流其他部分更高的水库。每当需要能源时，上方水库的水就会被放出，向下游流去。借助高度差，流动的水会带动一系列位于较低处、并连接着发电机的水轮机旋转^[19]。瞧，发电机就发电了。

不过，建设水库是个大工程，会淹没土地，也会切断河流的自然流动^[20]。但还有另一种选择…

类型2：径流式。

这种简单的系统在全球广泛使用，有没有水坝都能运行。基本上，当河流自然向下流时，你可以做一个小型分流 - 这样一来，一部分河水就会被引进渠道。接着，渠道里的水流过管道，带动水轮机转动，成了：有电了！^[19,20]

但附近没有河流，水电还有可能吗？当然可以…

类型3：抽水蓄能。

这里有两个水库，一个在低处，一个在高处。它可以和另一种可再生能源结合，比如太阳能。

白天阳光充足时，太阳能板可能会发出过多的电。通常这些多余的电会被浪费掉，但如果把它用来驱动水泵，就能把水抽上坡，送进高处的水库^[19-23]。

夜晚没有阳光时，用电需求通常更高，高处水库的水就可以放下来带动水轮机，按需发电。

它就像一块巨型可充电水电池。事实上，这些抽水蓄能系统占全球长期储能的90%以上^[5,22]。

水电系统不一定需要大规模建设。它们可以小得多，甚至能装进你的后院。你只需要有高度差，并能获得足够的下落水流^[24]。而且别被它的体积骗了！一个小小的本地系统，就能为一个小村庄提供足够的电力^[19,25,26]。

那么，水电能帮助引领我们走向净零排放吗？

不幸的是，水电并非一帆风顺：它也面临一些障碍^[27,28]。

第一个问题是社会性的：这些建设项目可能导致社区居民搬迁。事实上，对于大型水库大坝，数十万人可能不得不离开家园，搬到别处^[29-32]。

第二个问题是环境性的：如果规划不当，大坝可能会对周边环境和栖息其中的野生动物造成巨大破坏^[33-36]。

但只要方法得当、不断创新，水电就能在减少CO₂排放中发挥关键作用^[27,37]。人们正在提出一些解决方案：^[38,39]

比如，征询当地社区的意见，让他们能参与决策，从而直接受益于项目^[40,41]。

还必须实施环境影响评估，也就是EIA，以尽量减少对周边环境的伤害^[42,43,44]。

专家们也在努力开发更好的技术，比如鱼道和对鱼类更安全的水轮机^[45,46,47]。

世界似乎已经忘了水电，但它就像一个沉睡的巨人，全球大部分潜力都还没被开发。正好。估计到2050年实现净零排放，需要将全球水电装机容量翻一番^[5,6]。

随着风能和太阳能增长，扩大抽水蓄能储能也将至关重要，以支持这些间歇性的能源供应^[5,22,23]。

只要以负责任的方式规划，水电就能引领摆脱化石燃料的转型，因为它强大、可靠，而且可以按需供电。